[发明专利]制备一体化锂电池极板隔膜的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备一体化锂电池极板隔膜的装置及方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

锂离子电池是近二十几年才发展起来二次电池，990 年日本 SONY 公司率先研制成功理离子电池。与常用的铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池等二次电池相比，锂离子电池具有开路电压高、体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、无污染、自放电率小、寿命长等优点，成为目前综合性能最好的电池体系，并取得了飞速发展。随着锂离子电池生产量的不断增加、成本的不断降低及性能的不断提高，它在诸如笔记本计算机及日益小型化的手机中的应用比例不断增长，应用领域也不断扩大，目前其应用已经渗透到包括移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机以及便携式测量仪器等众多民用及军用领域。也是未来电动汽车、航天、卫星、飞船、潜艇、水下机器人等轻型高能动力电池的首选电源。这就使锂离子电池的应用范围从信息产业到能源交通，从太空到水下不断地被拓展。

锂离子电池主要是由正极集流体、正极材料、隔膜、负极材料、负极集流体、电解液以及外包装组成。通常情况下将正极材料通过刮刀流延法刮涂在正极集流体上，组成正极极板；同样的方法负极材料与负极集流体组成负极极板。锂离子电池隔膜是一种多孔的薄膜，阻隔正负极板，防止电池内部短路，同时允许锂离子快速通过。从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极板之间的快速传输。通常隔膜的制备工艺分为干法与湿法两种，多为聚乙烯或聚丙烯薄膜。

传统的锂离子电池装配过程中，是将复合隔膜贴夹在正负极板之间，工艺复杂、材料浪费较大，对设备要求较高；并且由于隔膜材料较轻，在电池中容易窜动，非常容易造成电池内部短路，形成安全隐患。

曾经有国内的一片专利（CN10119268）提供一种符合纳米纤维隔膜的静电纺丝方法，直接通过静电纺丝方法将超细纤维聚合物隔膜纺到电池极板上，并可以达到连续生产的目的。但是专利中的方法将隔膜纺丝到极板上没有做进一步的处理，因此隔膜与极板之间的结合力仍存在一定问题，并且静电纺丝的隔膜较厚，密度较小，占用大量体积，影响电池的体积比能量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备一体化锂电池极板隔膜的装置及方法，其直接将极板表面复合隔膜后加入对辊系统，将隔膜与极板紧密的压紧在一起，形成牢固的极板隔膜一体化生产，解决了单一的静电纺丝技术生成隔膜与极板接触不紧密以及厚度较厚的缺点。

本发明的技术方案是这样实现的：一种制备一体化锂电池极板隔膜的装置，由储液装置，静电纺丝浆料，计量输液泵，多针喷头，高压直流电源，带有加热系统的收卷滚轴，带有加热系统的放卷滚轴，带加热系统的对辊碾压系统，电池极板，溶剂回收，温度控制装置，机械控制组成；其特征在于：多针喷头通过喷头座及输液管与储液装置连接在一起；收卷装置、放卷装置和对滚碾压装置固定在壳体上；对滚碾压装置靠近收卷装置一侧，距离放卷装置距离不小于1m；收卷装置以及放卷装置形成的平面与水平面成5~45°夹角。

具体的工作步骤是：首先配置好纺丝溶液，加入到储液装置中，使用高压直流电源在多针喷头与收卷滚轴、放卷滚轴之间形成正高压或负高压，并将收卷滚轴与放卷滚轴接地；计量输液泵将静电纺丝浆料从储液装置中输送到多针喷头，静电纺丝浆料通过针尖在高电压作用下喷出，形成丝状纤维喷涂在电池极板上；在收卷滚轴与放卷滚轴的温度下，浆料中的有机溶剂逐渐挥发，形成纳米纤维隔膜；之后将涂覆有隔膜的极板输送到对辊碾压系统下进行滚压，滚压温度为25~60℃，以增大纳米纤维隔膜与极板之间的结合力，使隔膜极板牢固结合在一起，形成隔膜/极板一体化电池极板。

所述的多针喷头是由单排多针喷头或者集阵多针喷头，针尖与针尖之间距离在10~100mm；针头的孔径在0.8~1.5mm，针的长度在20~50mm。

喷丝针头与电极片之间的距离为10~25cm，电压范围在12~25kV，

溶液给料速度为，每针5~15ml/h；收卷滚轴与放卷滚轴的温度设定在25~60℃，电极板传送速率为50~300cm/min；对辊碾压设备的滚压转速与极板传送速度相匹配，滚轴之间间距与极板厚度之差为0.1~1.5mm；极板与水平面形成的角度5≤α≤45°

所述电池极板为锂离子电池正极板和锂离子电池负极板；

所述锂离子电池正极板是在铝基材、碳纤维布镀铝基材、镀碳铝箔、铝网、微孔铝箔上涂布有钴酸锂、锰酸锂、三元材料、富锂材料或高电压材料；

所述锂离子电池负极板是在铜基材、碳纤维布镀铜基材、镀碳铜箔、铜网、微孔铜箔上涂布有钛酸锂、天然石墨、人造石墨或硅碳材料。